(57)【要約】 【課題】  本発明は、総括的にはタービンエンジンダブテールポストのような、一方向に起伏のある金属ポストを渦電流探傷検査するための方法及び装置に関する。【解決手段】  一次元方向に起伏のある金属ポスト（１８）の欠陥の有無を検査するための装置。本装置は、金属ポストの輪郭に共形の表面（２０）を備える少なくとも１つのジョー（２２）を持つクランプを有する。この共形の１つ又は複数のジョーはまた、複数の渦電流コイル（３４）を有し、プローブ（１０）は、位置又は移動の少なくとも１つを感知するよう構成された少なくとも１つのセンサ（３６）を有する。【選択図】      図２ 
2005265848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元方向に起伏のある金属ポスト（１８）の欠陥の有無を検査するための方法であって、
前記金属ポストの輪郭に共形の表面（２０）を備え且つ複数の渦電流コイル（３４）を有する少なくとも１つのジョー（２２）を有し、更に位置又は移動の少なくとも１つを感知するように構成されたセンサ（３６）を有する渦電流プローブ（１０）をクランプする段階と、
前記金属ポストの構造的完全性に関するデータを生成するためにクランプ状態で前記渦電流プローブを作動させる段階と、
クランプ状態で、並びに前記構造的完全性のデータ及び前記渦電流プローブの移動又は位置の少なくとも１つを感知しながら、前記渦電流プローブを前記ポストに沿って移動させる段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記金属ポスト（１８）が、タービンエンジンのダブテールポストである請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記検査が、高温ガス流路停止中に行われる請求項２記載の方法。
【請求項４】
一次元方向に起伏のある金属ポスト（１８）の欠陥の有無を検査するための方法であって、
前記金属ポストの輪郭に共形の表面（２０）を備え且つ複数の渦電流コイル（３４）を持つ少なくとも１つのジョー（２２）と、前記金属ポストに沿って動かすように構成された少なくとも１つのゴムホイールを持つセンサ（３６）とを有する渦電流プローブ（１０）をクランプする段階と、
前記金属ポストの構造的完全性に関するデータを生成するためにクランプ状態で前記渦電流プローブを作動させる段階と、
クランプ状態で、並びに前記構造的完全性データを感知しながら前記ゴムホイールを用いて前記渦電流プローブを前記ポストに沿って移動させる段階と、
を含む方法。
【請求項５】
前記渦電流プローブ（１０）の移動又は位置の少なくとも１つを感知する段階を更に含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
一次元方向に起伏のある金属ポスト（１８）の欠陥の有無を検査するための装置であって、前記金属ポストの輪郭に共形の表面（２０）を備える少なくとも１つのジョー（２２）を有するクランプを備え、前記少なくとも１つのジョーがまた複数の渦電流コイル（３４）を有し、前記プローブが位置又は移動の少なくとも１つを感知するよう構成された少なくとも１つのセンサ（３６）を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのジョー（２２）が、タービンエンジンの適合するダブテールポスト（１８）に対して形状が適合する請求項６記載の装置。
【請求項８】
一次元の方向に起伏のある金属ポスト（１８）の欠陥の有無を検査するための装置であって、前記金属ポストの輪郭に共形の表面（２０）を備える少なくとも１つのジョー（２２）を有するクランプを備え、前記少なくとも１つのジョーがまた複数の渦電流コイル（３４）を有し、前記プローブ（１０）がクランプ状態で前記金属ポストに沿って前記クランプを正確に移動させるように構成された少なくとも１つのモーター駆動式ホイール（３６）を有することを特徴とする装置。
【請求項９】
コンピュータ（２８）を更に備え、前記クランプが前記コンピュータに前記渦電流コイル（３４）からデータを送信するよう構成され、前記コンピュータが前記少なくとも１つのモーター駆動式ホイール（３６）を制御し且つ前記金属ポスト（１８）上の前記クランプの位置を記録するように構成された請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのジョー（２２）が、タービンエンジンの適合するダブテールポスト（１８）に形状が適合する請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービンエンジンダブテールポストのような、一方向に起伏のある金属ポストを渦電流探傷検査するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも１つの既知のガスタービンロータ組立体は、複数のブレードが結合されるロータホイールを含む。ブレードは、ブレードの翼形部分とブレードのダブテール部分との間で延びるプラットホームから半径方向外向きに延びる。ブレードのダブテール部分は、各ロータブレードをロータホイールの外側リムの相補形ダブテールスロットに結合する少なくとも１対のダブテールタングを有する。これらのスロットの各々は、タービン中心線に対してスキュー角と呼ばれる角度で形成される。
【０００３】
外側リムのダブテールスロットは、ブレードのダブテール部分のダブテールタングを受ける寸法にされる。ダブテールスロットは、少なくとも１つの緩やかなコーナーと１つの鋭角のコーナーとを有する。ダブテールスロットの鋭角のコーナーは、固有の幾何学的応力集中を表し、ダブテールスロットスキュー角及び装置の反復動作によって倍加される。供用中に亀裂が発生すると、該亀裂は、高サイクル疲労を受けやすくなる可能性がある。時間の経過と共に、ダブテールスロットを備えた状態で連続運転すると、結果としてブレードが離脱する恐れがある。通常のロータメンテナンスによって亀裂がこれらの位置付近で発見された場合、損傷を受けたロータは、供用から回収又は修理することができる。
【特許文献１】米国特許第５，６５９，２４８号
【特許文献２】特開２００２−２０１９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンダブテールスロットを検査するための少なくとも１つの公知の方法では、単一の携帯型渦電流プローブを使用する。検査員は、検査されるべきダブテールスロットの区域にわたって携帯型プローブを移動させる。手動による探査の間、技術者は、オシロスコープを見て欠陥信号を探す。このタイプのプローブを用いると、検査中にダブテールスロット及びスロット底部を完全に対象範囲として収集データを記録して、更に評価又は比較することが困難になる。また、小型の単一のコイルをダブテールの幾何形状に沿って送ることが難しく、これにより単一のダブテールを試験するために複数パスを達成することが必要になると共に結果として欠陥を検出する確率が相対的に低くなる。単一の携帯型のプローブを用いた検査の実施には多くの時間量が必要とされるので、検査を完全に実施することは難しく高価なものとなる。
【０００５】
Ｈｅｄｅｎｇｒｅｎ他に付与された米国特許第５，６５９，２４８号は、機械的走査を必要とせずに、内在する検査表面を完全に対象範囲とするための渦電流表面測定アレイ構造を記載している。三次元アレイの渦電流感知素子が、二次元基板の複数の層として構成される。サブアレイは、異なる層ではあるが、構成は本質的に同じであり、１つの層の感知素子が、別の層の感知素子によって対象範囲とされない検査表面の対象範囲部分を少なくとも部分的に提供するように、交差配置にされる。感知素子は、高密度相互接続製作技術、又は他のフォトリソグラフ技術を利用して製作される積層の可撓性構造で配置される。静電（電子）走査が個々の層及び各層内の列及び行で用いられ、検査表面の二次元画像を形成する。
【０００６】
Ｂａｔｚｉｎｇｅｒ他の特開２００２−２０１９６１号公報は、加工物の起伏のある表面に対して共形の起伏のある外部表面を備えた、可撓性で弾性的に撓みやすい材料の裏当て部材を形成することによって、起伏のある加工物の渦電流探傷検査が行われることを開示している。この裏当て部材は、加工物の起伏のある表面に共形となるように所定位置でキャストされることが好ましい。裏当て部材が加工物に隣接して配置されると、プローブは検査されるべき加工物の起伏のある表面に面するように、可撓性の渦電流アレイプローブが裏当て部材の起伏のある外部表面に取り付けられる。次いで、裏当て部材は、該裏当て部材のスロット内に少なくとも１つのシムを挿入することによって容積的に拡大され、プローブと加工物の起伏のある表面との間に充分な接触圧力を生じさせることで、実施されることになる加工物の起伏のある表面を検査することが可能になる。
【０００７】
Ｈｅｎｄｅｎｇｒｅｎ他及びＢａｔｚｉｎｇｅｒ他の装置及び方法は、効果的ではあるが、表面との接触を維持するために特別なシム調節を行うことを必要とするので比較的大規模で高価である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明の特定の構成は、一次元方向に起伏のある金属ポストの欠陥の有無を検査するための方法を提供する。この方法は、金属ポストの輪郭に共形の表面を備える少なくとも１つのジョーを有する渦電流プローブをクランプする段階を含む。この共形の１つ又は複数のジョーは、複数の渦電流コイルと、位置又は移動の少なくとも１つを感知するよう構成されたセンサとを有する。渦電流プローブは、クランプ状態で作動されて、金属ポストの構造的完全性に関するデータを生成し、またクランプ状態で、並びに構造的完全性データ及び渦電流プローブの移動又は位置（或いは両方）を感知しながらポストに沿って移動される。
【０００９】
更に、本発明の特定の構成は、一次元方向に起伏のある金属ポストの欠陥の有無を検査する方法を提供する。この方法は、金属ポストの輪郭に共形の表面を備える少なくとも１つのジョーを有する渦電流プローブをクランプする段階を含む。この共形の１つ又は複数のジョーはまた、複数の渦電流コイルを有し、プローブは、渦電流プローブを金属ポストに沿って移動させるよう構成された少なくとも１つのゴムホイールを有する。渦電流プローブは、クランプ状態で作動されて、金属ポストの構造的完全性に関するデータを生成する。渦電流プローブは、クランプ状態で、並びに前記構造的完全性データを感知しながらゴムホイールを用いてポストに沿って移動される。
【００１０】
本発明の特定の構成は、一次元方向に起伏のある金属ポストの欠陥の有無を検査するための装置を提供する。この装置は、金属ポストの輪郭に共形の表面を備える少なくとも１つのジョーを有するクランプを備える。この共形の１つ又は複数のジョーはまた、複数の渦電流コイルを有し、プローブは、位置又は移動の少なくとも１つを感知するよう構成された少なくとも１つのセンサを有する。
【００１１】
様々な構成において、本発明は、一次元方向に起伏のある金属ポストの欠陥の有無を検査するための装置を提供する。この装置は、金属ポストの輪郭に共形の表面を備える少なくとも１つのジョーを有するクランプを備える。この共形の１つ又は複数のジョーはまた、複数の渦電流コイルを有し、プローブは、クランプ状態で金属ポストに沿ってクランプを正確に移動させるように構成された少なくとも１つのモーター駆動式ホイールを有する。
【００１２】
従って、本発明の構成を用いて、タービンエンジンのダブテールポスト及びスぺーサの重要区域を完全に検査することができ、ダブテールポスト検査においてプローブは貫通スロットではなく、ダブテールポストの上を通過することが理解されるであろう。本発明の構成を用いれば、結果として検査時間を短縮することができ、これによって高温ガス流路停止中に検査を行うことが可能になる。本発明の構成はまた、信頼性のある検出確率の高い精度で実施することができる。その上、検査を自動化して、検査から得られるデータは、将来の比較のためにアーカイブすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の特定の構成において、図１及び図２を参照すると、半径方向などの単一方向Ｂで起伏のある金属ポストの形状に適合する少なくとも１つのジョー２２又は２４を有する渦電流プローブ１０が提供される。ポスト１８は、例えば、検査すべきタービンエンジンのダブテールポスト（及び存在する場合にはスぺーサ）であり、且つ軸方向に一定の輪郭を有する。渦電流プローブ１０は、金属ポスト１８（及び存在する場合にはスぺーサ）上にクランプされて、金属ポスト１８の構造的完全性をもたらすよう動作させるように、ポスト１８の表面２０にわたって移動する。
【００１４】
便宜上、以下の本明細書全体を通して、金属ポスト１８はタービンエンジンのダブテールポストであると仮定する。しかしながら、本発明は、他のタイプの金属ポストで実施することも可能であることは理解されるであろう。
【００１５】
図１では、ダブテールポスト１８は、軸方向位置に応じた一定の断面を有し、軸方向において渦電流プローブ１０よりも長く延びる。渦電流プローブ１０は、図１の平面に垂直な方向でダブテールポスト１８の軸方向長さを横断して移動する。
【００１６】
特定の構成の渦電流プローブ１０は、クランプジョー２２、２４のペアを備え、その少なくとも１つ（例えば、２２）は、ポスト１８の表面２０に面する表面又は基体２１上に複数の渦電流コイル３４を含む。また、クランプジョー２２又は２４の少なくとも１つは、少なくとも１つの移動又は位置センサ３６を含む。特定の構成において、位置センサ３６は、ダブテールポスト１８の軸方向の渦電流プローブ１０の移動を制御できるゴムホイールとすることができる。ジョーにバネ荷重を加え、これらをピボット２３に対してポスト１８の表面２０に接した所定位置に付勢することができる。ハンドル２５によってクランプされ、ポスト１８に沿う軸方向の移動もまた、特定の構成においてはハンドル２５により手動で行うことができる。特定の構成におけるコイル３４及び位置センサ３６は、有線又は無線相互接続２６を介してメモリ３０を含むコンピュータ２８に接続される。メモリは、幾つかの様々なタイプの記憶素子及びこれらの組み合わせのいずれかから構成することができ、例えば、固定媒体又は取り外し可能媒体に書き込むストレージデバイスを含むことができる。コンピュータ２８は、渦電流プローブ１０と通信し、即時に及び／又は後で分析するために渦電流プローブ１０からのその位置及びポスト１８の構造的完全性に関するデータを受け取りこれを記憶するようプログラムされている。
【００１７】
特定の構成において、図２を参照すると、複数の渦電流コイル３４は、ジョー２２又は２４の少なくとも一方の表面３１の上、中又は下に任意の適切な方法で（例えば、表面３１に取り付けられた基体上に）作動可能に配置される。（表面３１は図２に示すような平坦ではない。実際には、表面３１は、起伏のあるダブテール形状を有するが、便宜上、表面３１の湾曲は図２には示されていない。）渦電流コイル３４は、１９９７年８月１９日に公布された米国特許第５，６５９，２４８号のＨｅｎｄｅｎｇｒｅｎ他の「機械的走査を行うことなく検査表面を完全な有効範囲とするための多層渦電流プローブアレイ」で図示されたように配列し、この記載通りに製作することができる。例えば、コイル３４を含む可撓性構造体を製造して、ジョー２２及び／又はジョー２４の表面３１に永久的に接着することができる。別の構成では、コイル３４のアレイが、ダブテールポスト１８内の欠陥を動作可能に感知するようにジョー２２及び／又はジョー２４の表面３１下に埋め込まれ又は支持される。コイル３４は、矩形状に配列される必要はなく、（一次元、二次元、又は三次元のいずれにおいても）コイル３４の特定の構成又は数量を図２から必ずしも推論すべきでない。しかしながら、コイル３４は、プローブ１０がダブテールポスト１８上にクランプされてその奥行き全体にわたって半径方向Ａに移動されるときに、適合するダブテールポスト１８の表面を完全に感知することができるように充分な数で配列及び存在すべきである。（図１では、方向Ａは図の平面、すなわち、紙面に垂直である。）
１つ又はそれ以上のエンコーダ３６がプローブ１０に装着される。エンコーダ３６は、プローブ１０がダブテールポスト１８上にクランプされると該ダブテールポストを横断するプローブ１０の移動を感知することができる、電気的、機械的又は光学的な任意の好適なタイプのものとすることができる。例えば、限定ではないが、図２のエンコーダ３６は、光学的な運動検出器とすることができ、又は、ダブテールポスト１８の表面に接するエンコーダホイール３６に対してスロットを設けることができる。後者の場合には、エンコーダホイール３６は、プローブ１０が移動するにつれて回転し、発生した移動の方向及び移動量を示す信号を電子的にエンコードする。エンコーダ３６は、エンコーダ３６が取り付けられるジョー内にコイル３４が設けられるかどうかにかかわらず、ジョー２２及び２４の両方のいずれに取り付けてもよい。１つ又はそれ以上のエンコーダ３６が設けられるが、コイル３４が備えられた同じジョー２２又は２４の上に何らかのエンコーダがあることは必要条件ではない。例えば、各コイル３４がただ１つのジョー２２又は２４の上に備えられる場合には、ジョー２２及び２４が機械的に結合され、ポスト１８の一方の側のコイル３４位置をエンコーダ３６からのエンコードされた位置又は移動データから求めることができる限りは、エンコーダ３６は他のジョーに設けてもよい。
【００１８】
渦電流プローブ１０及びダブテールポスト１８が互いに相対的に移動され、コイル３４がセンサとして作動してポスト１８の構造的完全性に関するデータを生成すると、エンコードされた位置又は移動情報は、特定の構成ではコンピュータ２８に送られる。各パス間で適切な重なりを保証するため、渦電流プローブ１０内には充分な数のコイル３４が備えられる。
【００１９】
渦電流プローブ１０の形状は、ダブテールポスト１８及び存在する任意のスぺーサの重要な区域を完全に検査することを可能にする。その上、利用可能なエンコードされた位置データを有する結果として、プローブ１０がダブテールポスト１８と同じ深さ（すなわち、方向Ａに沿った広がり）を有する必要はなく、プローブ１０を小型化して携帯及び搬送し易くし、製造コストが低減される。
【００２０】
渦電流プローブ１０は、ダブテールポスト１８上にクランプされ、及び／又は表面を横切って手動で移動される。特定の構成において、渦電流プローブ１０の移動は、モーター駆動式であり、コンピュータ２８で制御される。特定の構成においては、渦電流プローブ１０を前進させるために３６にゴムホイールを用いる。ホイール３６はまた、エンコーダホイールとして機能することができ、又は、渦電流プローブ１０の位置を正確に制御するようステッピング・モータ（図示せず）で作動させることができる。ダブテールポスト１８の片方が完了すると、（ジョー２２及び２４の１つだけにコイル３４が備えられる構成においては）プローブ１０は１８０度回転される。このプロセスは、全てのテストが完了するまで繰り返される。収集されたデータが分析されて、構造的欠陥の位置が特定される。収集されたデータは、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ、あるいは任意の他の適切な記憶媒体にアーカイブすることができる。
【００２１】
別の構成においては、図３及び図４を参照すると、１又は２列のコイル３４が、ポスト１８の形状と共形のジョー２２（及び／又はジョー２４）の表面に付着もしくは取り付けられる基体２１上に配置される。（移動センサ３６は、図３には示されていないが、ジョー２２又は２４のいずれかの上にある単一の移動センサ３６で十分であるときに対向するジョーと共に含むことができる。）図３には示されていないが、図４には、コイル３４に電気的に接続される基体２１上の複数の電気導線が示されている。共通導線４０は、各コイル３４の巻線の一方の端部に電気的に接続され、各コイル３４の巻線の反対側の端部に電気的に接続するために離隔した導線４２が設けられる。特定の構成において、両面又は多層基体２１が設けられ、幾つかの導線４２がバイア４４又は他の適切な相互接続を用いて他の側面又は別の層の導線に接続される。コイル３４及び／又は基体２１は、可撓性、剛直性、半可撓性とすることができる。特定の可撓性の構成では、カプトン又はマイラーなどの可撓性の基体２１上にプリント配線回路が用いられる。この様な構成は、多層構造にすることができる。特定の剛直な構成では、ソレノイド又はパンケーキコイル３４が、エポキシ又は任意の他の好適なポリマーのような剛直の基体２１上に搭載又は埋め込まれ、少なくとも１つの対称軸が設定される。特定の半可撓性の構成では、ソレノイド又はパンケーキコイル３４が、マイラー、ゴム又はカプトンなどの可撓性の基体２１上に取り付けられる。
【００２２】
このようにして、単一コイル検査方法及び装置の非能率的で不確かな適用範囲は、渦電流アレイと、金属ポストの形状（例えば、ガスタービンダブテール形状）に共形の機械的プローブとを備える本発明の特定の構成によって解決される。このようなプローブを用いると、単一パスでより大量の情報を取り扱い、より大きな表面積を対象範囲とすることが可能であり且つ実用的なものになる。本発明の渦電流アレイプローブ構成は、ダブテール、スぺーサ及びスロット底部区域を高度な精度で短時間の間に完全に検査することを可能にする。プローブの１パスで、ダブテールの一方側の全ての特徴を照会して、記録し、分析することができる。自動化されたデータは、将来のデータ比較をするためにＣＤにアーカイブすることができる。
【００２３】
本発明の構成を用いて、タービンエンジンのダブテールポスト及びスぺーサの重要な区域を完全に検査することができると共に、プローブが貫通スロットではなくダブテールポストの上を通過するダブテールポスト検査を行うことができる。本発明の構成を用いることで、結果として検査時間を短縮することができ、これによって高温ガス流路停止中に検査を行うことが可能になる。また、信頼性のある検出確率の高い精度で本発明の構成を実施することができる。その上、検査を自動化して、検査から得られるデータは将来の比較のためにアーカイブすることが可能である。
【００２４】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明は、その技術思想及び範囲内で修正を行い得ることを当業者は理解するであろう。特許請求の範囲に示された参照符号は、本発明の範囲を狭めるものではなく、理解を容易にするためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】亀裂の存在の有無を検査するために間にダブテールスロットを形成する起伏のある対向表面を有するダブテールポストのペアと、検査のために位置付けられたダブテールポストの１つに配置された本発明の渦電流プローブ構成とを示すタービンロータホイールのリムの軸方向断面図。
【図２】図１に示す渦電流プローブ構成のジョーの表面上に二次元の交差配置にされたサブアレイの３つの層と位置感知素子とを含む、渦電流表面測定アレイを高度に概略化した平面図。図２の図の平面は、図１の図の平面に垂直である。また、表面は、便宜上平坦化されているので、図１に示す渦電流プローブ構成に存在する輪郭が示されていない。
【図３】図１に示すような渦電流プローブ構成のジョーの表面の別の構成図。この構成では、ジョーの輪郭が示されており、ハンドルは部分的にのみ示されている。
【図４】図３に示すような渦電流プローブ構成のジョーを対象とするように用いることができる可撓性のプリント回路基板の部分図。
【符号の説明】
【００２６】
１０  渦電流プローブ
１８  金属ポスト
２０  金属ポストの表面
２２  ジョー
２３  ピボット
３４  渦電流コイル
３６  センサ
【図１】
2005265848.tif 000003
【図２】
2005265848.tif 000004
【図３】
2005265848.tif 000005
【図４】
2005265848.tif 000006
【外国語明細書】
2005265848000001.pdf